脳とコンピューターを接続する装置により、重度の四肢筋力低下がある人が、脳からの直接制御で文字を入力できるようになりました。報告された中で、速度と精度はいずれも過去最高でした。
参加者のうち2人は筋萎縮性側索硬化症（ルー・ゲーリッグ病とも呼ばれる）を患い、1人は脊髄損傷を負っていました。
参加者はそれぞれ、乳児用アスピリンほどの大きさの電極アレイを1つまたは2つ脳に埋め込み、筋肉の動きを制御する領域である運動皮質から信号を記録しました。信号はケーブルを介してコンピューターに送られ、アルゴリズムによってポイント・アンド・クリックの指令に変換されました。その指令でカーソルを画面上のキーボードの文字へ動かします。
参加者は全員、わずかな訓練の後、この技術を習得し、同程度の運動障害がある人のコミュニケーションを支援する脳・コンピューター・インターフェース（BCI）のこれまでのどの試験結果も上回りました。注目すべきことに、現在の電子キーボード入力アプリで一般的な自動単語補完機能を使わずに、この入力速度を達成しました。この機能を使えば、成績はさらに向上した可能性があります。
参加者の一人、カリフォルニア州メンローパーク在住のデニス・デグレイさんは、1分間に39文字を正確に入力できました。これは約8語に相当します。
研究者によると、このポイント・アンド・クリック方式は、大幅な改変を加えずに、スマートフォンやタブレットなどさまざまなコンピューティング機器に応用できます。研究成果は学術誌eLifeに掲載されました。
「今回の研究の成功は、麻痺のある人の生活の質を向上させる道のりにおける大きな節目となります」と、スタンフォード大学の脳神経外科教授で、スタンフォード病院で装置埋め込み手術3件のうち2件を行ったジェイミー・ヘンダーソン氏は述べています。3件目はマサチューセッツ総合病院で行われました。
「今回の研究では、これまでに示されたものと比べて、速度と精度が3倍高い記録が報告されています」と、共同上級著者で電気工学教授のクリシュナ・シェノイ氏は述べています。「携帯電話で文字を入力する速度に近づいています。」
「この性能には本当にわくわくします」と、元博士研究員のチェタン・パンダリナス氏は述べています。同氏は現在、エモリー大学とジョージア工科大学の共同任用で、生体医工学の助教授を務めています。「腕や手に麻痺のある多くの人にとって役立つ通信速度を実現しています。実社会での使用に適した装置を作るうえで、重要な一歩です。」
シェノイ氏の研究室は、運動に関する脳の司令中枢である運動皮質の神経細胞が発する複雑な電気信号の連なりを解読し、脊髄や筋肉が通常実行する動作へリアルタイムで変換するアルゴリズムを先駆けて開発しました。
「高性能なBCIアルゴリズムが人を対象とした臨床試験で使われたことは、この技術が麻痺のある人のコミュニケーションを回復させる可能性を示しています」と、博士研究員のポール・ヌユジュキアン氏は述べています。
「雨の中、ゴミを出しに行っていた」
米国では、何百万人もの人が麻痺を抱えて暮らしています。ALSのように、麻痺が徐々に進行することもあります。デグレイさんの場合のように、突然起こることもあります。
現在64歳のデグレイさんは、2007年10月10日に転倒して人生を一変させる脊髄損傷を負い、四肢麻痺になりました。「雨の中、ゴミを出しに行っていたんです」と彼は話しました。片手にゴミ、もう片方の手にリサイクル品を持ち、芝生の上で滑ってあごから地面に落ちました。衝撃で脳は無事でしたが、脊髄に深刻な損傷を負い、頭から下の脳と筋肉とのあらゆる連絡が断たれました。「鎖骨より下は何も動きません」と彼は言います。
2016年8月、デグレイさんはヘンダーソン氏の手術で装置を2つ埋め込みました。その後の複数回の研究セッションでは、同様の手術を受けたほかの2人の参加者とともに、希望する腕、手、指の動きを試みたり、頭の中で思い描いたりするよう促されました。運動皮質から生じた神経信号は、埋め込まれた記録装置によって電子的に取り出され、コンピューターに送信されました。そしてシェノイ氏のアルゴリズムが指令に変換し、画面上のキーボードで参加者が指定した文字へカーソルを動かしました。
素早い茶色のキツネが……
研究者らは、患者がフレーズや文章をどれくらいの速さで正確に書き写せるかを測定しました。たとえば「素早い茶色のキツネが、のろまな犬を飛び越えた」という文章です。平均入力速度はデグレイさんが1分間に7.8語、ほかの2人がそれぞれ1分間に6.3語と2.7語でした。
この研究で使用された試験用システムは、BrainGate Neural Interface Systemと呼ばれる皮質内脳・コンピューター・インターフェースで、最新世代のBCIにあたります。以前の世代では、まず頭皮に置いた電極で信号を取り込み、その後、頭蓋骨の下にある脳の表面へ外科的に設置する方式が使われていました。
皮質内BCIでは、1辺が約6分の1インチをわずかに超える小さなシリコンチップを使用します。そこから100本の電極が突き出し、脳内へ硬貨ほどの厚さまで入り込んで、運動皮質にある個々の神経細胞の電気活動を捉えます。
ヘンダーソン氏は、旧世代のBCIと比べて神経信号の検知精度が向上したことを、スタジオの観客席の天井に拍手計を設置するだけでなく、観客一人ひとりに配ることにたとえました。「そうすれば、観客がそれぞれどれほど強く、どれほど速く拍手しているかがわかります。」
24時間365日使えるワイヤレスシステム
シェノイ氏の予測では、今から10年後というよりは5年後に近い将来、自己較正機能を備えた完全埋め込み型ワイヤレスシステムが実現します。介助者の支援なしで使用でき、外見への影響もなく、24時間いつでも使えるようになるでしょう。
「乗り越えられない課題があるとは思いません」と彼は言います。「実現に向けて何をすべきかはわかっています。」
現在も研究に積極的に参加しているデグレイさんは、事故前から文字入力はできましたが、得意ではありませんでした。新たに明らかになった自分の腕前を、ビデオゲーム愛好家の言葉で表現しました。
「これは、これまで一緒に遊んだ中で最高にクールなビデオゲームの一つみたいです」と彼は言います。「しかも、25セント硬貨を入れる必要もありません。」
スタンフォード大学の研究助手クリスティン・ブレイブ氏も共著者です。マサチューセッツ総合病院とケース・ウェスタン大学のBrainGate研究者も共著者に名を連ねています。
研究資金は、米国国立衛生研究所、スタンフォード大学博士研究員支援室、クレイグ・H・ニールセン財団、スタンフォード大学医学研究者養成プログラム、スタンフォードBioX-NeuroVentures、スタンフォード神経イノベーション・トランスレーショナル神経科学研究所、スタンフォード神経科学研究所、ラリー・ガーリック氏とパメラ・ガーリック氏、サミュエル・リーブス氏とベッツィ・リーブス氏、ハワード・ヒューズ医学研究所、米国退役軍人省、心房細動・脳卒中統合研究のためのMGH-Dean研究所、マサチューセッツ総合病院から提供されました。
スタンフォード大学技術ライセンス室は、シェノイ氏の研究室で生まれた皮質内BCI関連の工学的進歩に関する知的財産を保有しています。
出典：ブルース・ゴールドマン、スタンフォード大学
